Scheda Tecnica Emettitore Infrarossi LTE-3276 - Lunghezza d'Onda 850nm - Corrente Diretta 50mA - Tensione Diretta 1.8V - Alta Potenza e Velocità - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTE-3276 è un emettitore infrarosso (IR) ad alte prestazioni, progettato per applicazioni che richiedono tempi di risposta rapidi e un'uscita radiante significativa. I suoi vantaggi principali risiedono nella combinazione di capacità ad alta velocità e alta potenza, rendendolo adatto per il funzionamento in impulso in ambienti impegnativi. Il dispositivo è alloggiato in un package trasparente, tipico per gli emettitori IR per consentire la massima trasmissione della luce infrarossa. Il mercato di riferimento include automazione industriale, sistemi di comunicazione (come IrDA), telecomandi, interruttori ottici e sistemi di sensori dove è richiesta una segnalazione infrarossa affidabile e ad alta intensità.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è consigliato un funzionamento a o vicino a questi limiti per periodi prolungati.

• Dissipazione di Potenza (P_D):200 mW. Questa è la potenza totale massima che il dispositivo può dissipare come calore in qualsiasi condizione operativa.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):1 A. Questa alta corrente è ammissibile solo in condizioni impulsive (300 impulsi al secondo, larghezza impulso 10 μs). Evidenzia la capacità del dispositivo di produrre brevi e intensi lampi di luce.
• Corrente Diretta Continua (I_F):100 mA. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuativo.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può danneggiare la giunzione del semiconduttore.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio:-40°C a +85°C. Questo ampio intervallo garantisce affidabilità in condizioni ambientali severe.
• Temperatura di Saldatura dei Terminali:260°C per 6 secondi a 1,6mm dal corpo. Questo è fondamentale per i processi di saldatura a onda o a rifusione per prevenire danni termici.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono specificati a una temperatura ambiente (T_A) di 25°C e definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo.

• Intensità Radiante (I_E):Una misura chiave della potenza ottica per unità di angolo solido. A I_F= 20mA, è 12,75 mW/sr (tipico). A I_F= 50mA, aumenta significativamente a 32 mW/sr (tipico), dimostrando un aumento non lineare ed efficiente con la corrente.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_P):850 nm (tipico). Questo è nello spettro del vicino infrarosso, invisibile all'occhio umano ma facilmente rilevabile da fotodiodi al silicio e telecamere con sensibilità IR.
• Larghezza a Metà Altezza della Linea Spettrale (Δλ):40 nm (tipico). Questo indica la larghezza di banda spettrale; una larghezza più stretta indicherebbe una sorgente più monocromatica.
• Tensione Diretta (V_F):A I_F= 50mA, V_Fè 1,49V (tipico), con un massimo di 1,80V. A I_F= 200mA, V_Fsale a 1,83V (tipico), max 2,3V. Questo coefficiente di temperatura positivo deve essere considerato nella progettazione del driver.
• Angolo di Visione (2θ_1/2):50 gradi (tipico). Questo è l'angolo totale a cui l'intensità radiante scende alla metà del suo valore di picco. Un angolo di 50° fornisce un buon equilibrio tra concentrazione del fascio e copertura.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche tipiche essenziali per la progettazione del circuito e la comprensione del comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

3.1 Distribuzione Spettrale (Fig. 1)

Questa curva traccia l'intensità radiante relativa rispetto alla lunghezza d'onda. Conferma la lunghezza d'onda di picco attorno a 850 nm e mostra la forma e la larghezza (40 nm a metà altezza) dello spettro di emissione. Questo è cruciale per abbinare l'emettitore alla sensibilità spettrale di un rilevatore.

3.2 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Fig. 3)

Questa curva IV mostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. La curva consente ai progettisti di determinare la tensione di pilotaggio necessaria per una corrente operativa desiderata, il che è fondamentale per progettare driver a corrente costante.

3.3 Intensità Radiante Relativa vs. Corrente Diretta (Fig. 5)

Questo grafico mostra come l'uscita luminosa aumenta con la corrente di pilotaggio. È generalmente lineare a correnti più basse ma può mostrare effetti di saturazione a correnti molto elevate a causa di limitazioni termiche e di efficienza. Questi dati sono vitali per impostare il punto di lavoro per ottenere la potenza ottica richiesta.

3.4 Intensità Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig. 4)

Questa curva dimostra il coefficiente di temperatura negativo dell'uscita del LED. All'aumentare della temperatura ambiente, l'intensità radiante diminuisce. Questo derating termico deve essere preso in considerazione nei progetti destinati ad ambienti ad alta temperatura per garantire un margine di segnale sufficiente.

3.5 Diagramma di Radiazione (Fig. 6)

Questo grafico polare rappresenta visivamente la distribuzione spaziale della luce emessa, illustrando chiaramente l'angolo di visione di 50 gradi. Aiuta nella progettazione di sistemi ottici per focalizzare o collimare il fascio IR.

4. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

4.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo utilizza un package a foro passante standard, probabilmente di tipo T-1 3/4 (5mm) comune per gli emettitori IR. Le note dimensionali chiave della scheda tecnica includono:

• Tutte le dimensioni sono in millimetri (pollici).
• La tolleranza è ±0,25mm(.010") salvo diversa indicazione.
• La resina sporgente sotto la flangia è massimo 1,5mm(.059").
• La distanza tra i terminali è misurata dove i terminali escono dal package.

Il materiale del package trasparente è tipicamente epossidico, ottimizzato per l'alta trasmittanza a 850 nm.

4.2 Identificazione della Polarità

Per un package LED standard, il terminale più lungo è tipicamente l'anodo (positivo) e quello più corto è il catodo (negativo). Il package potrebbe anche avere un lato piatto vicino al catodo. Osservare la polarità corretta è essenziale per prevenire danni da polarizzazione inversa.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il valore massimo assoluto per la saldatura dei terminali è esplicitamente indicato:260°C per 6 secondi, misurato a 1,6mm (.063") dal corpo. Questo è un parametro critico per l'assemblaggio.

• Saldatura a Onda/Manuale:Rispettare rigorosamente il limite di 260°C/6s. Si consiglia il preriscaldamento per minimizzare lo shock termico.
• Saldatura a Rifusione:Sebbene non esplicitamente menzionato per SMD, il profilo di temperatura deve garantire che la temperatura del corpo del package non superi il massimo di stoccaggio di 85°C per periodi prolungati e che la temperatura dei terminali nel punto specificato non superi i 260°C.
• Condizioni di Stoccaggio:Conservare in un ambiente asciutto e antistatico nell'intervallo di temperatura specificato (-40°C a +85°C) per prevenire l'assorbimento di umidità e il degrado.

6. Suggerimenti per l'Applicazione

6.1 Scenari Applicativi Tipici

• Trasmissione Dati Infrarossi (IrDA):La sua alta velocità lo rende adatto per collegamenti dati seriali.
• Telecomandi:L'alta potenza garantisce una lunga portata e un funzionamento affidabile.
• Interruttori Ottici e Rilevamento Oggetti:Utilizzato insieme a un fotorivelatore per rilevare presenza, posizione o conteggio.
• Barriere di Sicurezza Industriali:Creazione di una barriera a fascio invisibile per la protezione delle macchine.
• Illuminazione per Visione Notturna:Per telecamere CCTV con sensibilità IR.

6.2 Considerazioni di Progettazione

• Circuito di Pilotaggio:Utilizzare sempre una resistenza di limitazione di corrente in serie o un driver a corrente costante. Calcolare in base alla tensione diretta (V_F) alla corrente operativa desiderata (I_F).
• Gestione del Calore:Per un funzionamento continuo vicino alla corrente massima, considerare la dissipazione di potenza (P_D= V_F* I_F) e garantire un'adeguata dissipazione se necessario per mantenere la temperatura di giunzione entro i limiti.
• Funzionamento in Impulso:Per la corrente di impulso di picco di 1A, assicurarsi che il driver possa fornire l'impulso di alta corrente richiesto con tempi di salita/discesa rapidi per sfruttare la capacità ad alta velocità.
• Progettazione Ottica:Utilizzare lenti o riflettori per modellare il fascio di 50° in base alle esigenze dell'applicazione (es. stretto per lunga portata, ampio per copertura di area).
• Abbinamento con il Rivelatore:Accoppiare con un fotorivelatore (es. fototransistor, fotodiodo) la cui sensibilità spettrale di picco è attorno a 850 nm per prestazioni ottimali.

7. Confronto e Differenziazione Tecnica

Il LTE-3276 si differenzia sul mercato attraverso la sua specifica combinazione di parametri:

• Alta Potenza a Corrente Moderata:32 mW/sr a 50mA è un'uscita elevata, vantaggiosa per applicazioni che richiedono un buon rapporto segnale/rumore.
• Capacità ad Alta Velocità:La specifica per il funzionamento in impulso implica un tempo di risposta intrinseco rapido, adatto per segnali modulati.
• Costruzione Robusta:L'ampio intervallo di temperatura operativa e il package trasparente indicano una progettazione per l'affidabilità.
• Rispetto ai LED IR standard a bassa potenza, questo dispositivo offre un'intensità radiante significativamente più alta. Rispetto ai diodi laser, è più sicuro (sicuro per gli occhi in questa classe di potenza), ha un fascio più ampio ed è generalmente più robusto e facile da pilotare.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo LED direttamente da un pin di un microcontrollore a 5V?

R: No. È necessario utilizzare una resistenza di limitazione di corrente. Ad esempio, per pilotare a I_F=50mA con una V_Fdi ~1,5V da un'alimentazione a 5V: R = (5V - 1,5V) / 0,05A = 70 Ohm. Utilizzare una resistenza da 68 o 75 Ohm e verificare la potenza nominale (P = I²R = 0,175W, quindi una resistenza da 1/4W è sufficiente).

D: Qual è la differenza tra Intensità Radiante (mW/sr) e Irradianza all'Apertura (mW/cm²)?

R: L'Intensità Radiante è la potenza emessa per unità di angolo solido (steradiante), che descrive la forza direzionale della sorgente. L'Irradianza all'Apertura è la densità di potenza (mW per cm²) che arriva sulla superficie di un rilevatore a una distanza e allineamento specificati. Quest'ultima dipende dalla prima e dalla legge dell'inverso del quadrato della distanza.

D: Come lo uso in modalità impulsiva?

R: Utilizzare un transistor (BJT o MOSFET) come interruttore controllato dal segnale logico per inviare impulsi al LED. Assicurarsi che il driver possa fornire l'alta corrente di picco (fino a 1A) con commutazione rapida. La corrente media deve comunque rispettare la corrente continua nominale (100mA) considerando il ciclo di lavoro.

D: Perché l'uscita diminuisce con la temperatura?

R: Questa è una caratteristica fondamentale dei LED a semiconduttore. L'aumento della temperatura aumenta i processi di ricombinazione non radiativa all'interno del materiale semiconduttore, riducendo l'efficienza quantistica interna e quindi l'emissione luminosa.

9. Caso Pratico di Progettazione

Caso: Progettazione di un Sensore a Infrarossi per Rilevamento Oggetti a Lunga Distanza.

Obiettivo: Rilevare un oggetto a 5 metri.

Passaggi di Progettazione:

1. Pilotaggio dell'Emettitore:Far funzionare il LTE-3276 a I_F=50mA (impulsi a 1kHz, ciclo di lavoro 50%) per ottenere un'alta intensità di picco (32 mW/sr) mantenendo gestibile la potenza media.

2. Ottica:Aggiungere una semplice lente collimatrice davanti all'emettitore per restringere il fascio da 50° a un fascio più focalizzato di ~10°, aumentando significativamente l'intensità a distanza.

3. Rivelatore:Utilizzare un fototransistor al silicio abbinato con risposta di picco a 850nm. Posizionare un filtro ottico passa-banda stretto (centrato a 850nm) davanti ad esso per scartare la luce ambientale.

4. Circuito:Il circuito ricevitore amplifica la piccola fotocorrente. Utilizzare il rilevamento sincrono (modulando l'emettitore e sintonizzando il ricevitore sulla stessa frequenza) per scartare la luce ambientale DC e il rumore a bassa frequenza, migliorando notevolmente la portata e l'affidabilità.

Questa configurazione sfrutta l'alta potenza e velocità del LTE-3276 per un sistema di rilevamento robusto e immune alle interferenze.

10. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un emettitore infrarosso come il LTE-3276 è un diodo a emissione luminosa (LED) basato sulla fisica dei semiconduttori. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia. In questo dispositivo specifico, il materiale semiconduttore (tipicamente basato su Arseniuro di Gallio e Alluminio - AlGaAs) è progettato in modo che questa energia venga rilasciata come fotoni nello spettro infrarosso, con una lunghezza d'onda di picco di 850 nanometri. Il package epossidico "trasparente" è drogato per essere trasparente a questa lunghezza d'onda, permettendo ai fotoni di uscire in modo efficiente. La caratteristica "alta velocità" si riferisce ai rapidi tempi di accensione e spegnimento di questo processo di ricombinazione, consentendo al LED di essere modulato ad alte frequenze per la trasmissione dati.

11. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia degli emettitori infrarossi continua a evolversi insieme alle tendenze più ampie dell'optoelettronica. Gli sviluppi chiave includono:

Aumento dell'Efficienza Energetica:La ricerca si concentra sul miglioramento dell'efficienza quantistica interna (più fotoni per elettrone) e dell'efficienza di estrazione della luce dal package, portando a una maggiore intensità radiante per la stessa potenza elettrica in ingresso.

Formati Più Piccoli:La spinta verso la miniaturizzazione favorisce package per dispositivi a montaggio superficiale (SMD) con prestazioni simili o migliori rispetto ai tipi tradizionali a foro passante.

Velocità Migliorata:Per applicazioni di comunicazione, vengono sviluppati dispositivi con larghezze di banda di modulazione ancora più veloci per supportare velocità dati più elevate.

Diversificazione della Lunghezza d'Onda:Mentre 850nm e 940nm sono comuni, altre lunghezze d'onda vengono ottimizzate per applicazioni specifiche, come lunghezze d'onda più lunghe sicure per gli occhi o linee di assorbimento specifiche per il rilevamento di gas.

Integrazione:C'è una tendenza verso l'integrazione dell'emettitore con un circuito integrato driver o addirittura con un rilevatore in un unico modulo, semplificando la progettazione del sistema per gli utenti finali.